冰雪天氣對高速鐵路軌旁設(shè)備的影響及對策

滿開泉，丁閃峰，王婷婷

(中國鐵路蘭州局集團有限公司，蘭州 730000)

1 概述

冰雪天氣對高速鐵路信號設(shè)備的影響，最嚴重的是列車積冰對軌旁設(shè)備的擊打，不僅影響信號設(shè)備的正常使用，也成為高速運行動車組安全運行的隱患[1-2]；寶蘭高鐵是打通徐蘭高鐵與蘭新客專的“最后一公里”，于2017年7月開通運營。第一個冬天就發(fā)生由于冰塊砸傷應(yīng)答器造成的故障7件，道岔積雪夾冰導致道岔故障3件，道岔內(nèi)接點結(jié)霜導致的故障4件，嚴重干擾正常的行車秩序。蘭州局集團公司針對問題采取一些整治措施，本文總結(jié)整治過程，并思考工程源頭解決的思路，對工程設(shè)計提出一些建議。

2 軌旁設(shè)備防擊打工作的實踐

王振波等同志的《高寒天氣對鐵路軌旁設(shè)備的影響及防護》中總結(jié)了哈大線冰雪對軌旁設(shè)備的影響，文中談到冰雪對應(yīng)答器、軌道電路的調(diào)諧單元、扼流變壓器、電纜盒、鋼軌引接線、轉(zhuǎn)轍機等設(shè)備都有不同程度的影響。而西北地區(qū)冰雪影響主要集中在應(yīng)答器（特別是有源應(yīng)答器）和區(qū)間軌道電路的補償電容上，列車落冰的部位集中在道心部位。而鋼軌外側(cè)設(shè)備受打擊的概率要低一些，從寶蘭客專2017年、2018年、2019年3年數(shù)據(jù)分析，未見鋼軌兩旁設(shè)備受擊打。

2.1 應(yīng)答器的防護

應(yīng)答器損壞情況主要分為2種：一是應(yīng)答器本身在遭遇雪塊擊打后損壞。二是應(yīng)答器尾纜被冰雪擊打損傷。蘭州局集團公司沒有采取哈大線降低應(yīng)答器高度的方法，主要采取防的辦法：一是為應(yīng)答器加裝防護裝置；二是改進應(yīng)答器底座，增加尾纜防護功能。

2.1.1 應(yīng)答器防護方案

為應(yīng)答器安裝的防護裝置，實質(zhì)是一個多層疊放的三角板，一個角正對列車來臨的方向，利用三角形邊將迎面而來的列車落冰導向兩側(cè)，起到防護應(yīng)答器的目的。防護擋塊的高度大于應(yīng)答器的高度，用上下貫通的螺栓將防護擋塊固定在道床上，距應(yīng)答器18 cm時效果好，如圖1所示。

應(yīng)答器前安裝防護擋塊，意在防護順列車方向滑來的冰塊，并不能防護直擊冰塊。同時，受防護擋塊導引冰塊在撞擊鋼軌后，碎屑仍會對應(yīng)答器及尾纜造成一定的傷害，但已大大降低了應(yīng)答器受冰雪擊打的風險。

圖1 應(yīng)答器防護示意圖Fig.1 Schematic diagram of balise protection

蘭州局集團公司在寶蘭客專應(yīng)答器防落冰擊打?qū)嵺`中，在有源應(yīng)答器的前方均安裝了防護裝置。鑒于成本、擊打概率、施工難度考慮，未對無源應(yīng)答器加裝防護擋塊。無源應(yīng)答器雖耐砸，運營實踐中也確實少見無源應(yīng)答器被砸的案例，但綜合應(yīng)答器與防護擋塊成本比，在工程建設(shè)期一次加裝也是合算的。

2.1.2 有源應(yīng)答器尾纜防護

有源應(yīng)答器另一種損壞形式是尾纜被落冰擊打損傷，也有案例是落冰擊中應(yīng)答器尾纜后將應(yīng)答器接口打壞。由于在寒冷天氣下尾纜會變硬變脆，尤其是硬連接部位在受到冰雪擊打后更容易損壞，造成應(yīng)答器無法通信，導致設(shè)備故障。

防護的方法是改進應(yīng)答器底座，加長、加高尾纜端的底座，為尾纜增加一層防護屏障，如圖2所示。通過改進應(yīng)答器的底座，使得尾纜也有了相應(yīng)的保護，大大降低了應(yīng)答器被落冰擊打損壞的概率。

圖2 改進后的應(yīng)答器底座Fig.2 Improved balise base

事實上，有源應(yīng)答器安裝方式對其尾纜抗列車落冰有重要影響。高速鐵路應(yīng)答器的安裝規(guī)范[3]：1）應(yīng)答器應(yīng)安裝在兩鋼軌的中心位置，可以橫向、縱向安裝；2）列車最高運行速度大于350 km/h時，宜采用縱向安裝方式。如圖3、4所示。

橫向安裝加大了應(yīng)答器被擊打的面積，且暴露應(yīng)答器的尾纜，增加尾纜被擊打的可能。而采用縱向安裝時被擊打的概率會有所減少，所以建議250 km/h的線路也采用縱向安裝方式。

2.2 區(qū)間軌道電路補償電容的防護

圖3 縱向安裝Fig.3 Vertical installation

圖4 橫向安裝Fig.4 Horizontal installation

相對于應(yīng)答器而言，區(qū)間軌道電路補償電容受列車落冰擊打防護難度更大些[4-5]，落冰借動車高速動能在鋼軌間道床上高速運行，極具破壞力。中心安裝方式會將電容及導線打斷，側(cè)裝式則會砸斷引線。

側(cè)裝式電容主要砸傷引接線，現(xiàn)場多采用側(cè)裝加PE管保護的方式，如圖5所示。但效果不好，落冰可直接砸壞PE管進而打傷內(nèi)部線纜，如圖6所示是被列車落冰砸傷的補償電容引線及其保護管。曾考慮過用鋼管替代PE管，但怕鋼管固定不良會對動車安全造成致命危險，不敢試驗—事實上，現(xiàn)場確實發(fā)現(xiàn)過固定保護管的化學錨栓受落冰砸脫的案例，所以還得另想辦法。

圖5 用PE管保護的補償電容引線Fig.5 Compensation capacitor leads protected with PE tubes

圖6 被落冰砸傷的補償電容引線及保護管Fig.6 Compensation capacitor leads and protective tubes damaged by falling ice

讓信號工苦惱的是，區(qū)間軌道電路補償電容量太大，雖不一定會立即造成紅光帶影響運輸，但影響軌道電路傳輸特性，又無可靠的測試手段，只能靠信號工走區(qū)間一步步檢查，排查工作量大，所以冰雪天氣后的夜間“天窗”，必定是信號工痛苦的一夜。另外頻繁地補、拆防護管工作，也使得錨定螺栓松動，進而增加異物被高速動車吸入概率，增大動客車安全風險。這一點在寶蘭客專中已有所反應(yīng)。

預(yù)留孔道暗裝也許是根本的解決辦法。隨之而來的問題是需要在整體道床上預(yù)留孔道，這又是另一個難題，且不說工務(wù)專業(yè)施工時信號圖還需設(shè)計，即便信號專業(yè)設(shè)計時也不能一次準確確定出補償電容的位置。

BIM技術(shù)的出現(xiàn)為解決工務(wù)與信號專業(yè)的協(xié)調(diào)提供了契機，利用BIM技術(shù)對各專業(yè)接口進行仿真，或許能提高各專業(yè)間協(xié)調(diào)的可行性[6-8]。另一條路線是整體道床施工時預(yù)留標準間距的孔道，由信號專業(yè)就孔道位置設(shè)計補償電容。

不管怎么說，辦法總比困難多，希望設(shè)計部門能研究并進行嘗試。

2.3 冰雪天氣下列車限速運行及監(jiān)測建議

冰雪天氣下，合理的降速運營可減小列車積冰脫落對信號軌道設(shè)備的傷害。因高鐵運營組織特點，運營調(diào)整彈性小，局部的設(shè)備故障往往會引發(fā)連鎖反應(yīng)。另一方面，信號設(shè)備故障處理時間長，特別是區(qū)間的設(shè)備故障延時會更長，而列車落冰砸壞信號設(shè)備又往往是大面積的，影響就更為嚴重。所以，有計劃地降速運營，從整體上反會減小因信號故障給運營帶來的干擾。

需要說明的是，在實際執(zhí)行中，降速申請、達速恢復(fù)對電務(wù)部門領(lǐng)導的壓力是巨大的。一方面是電務(wù)部門對動車積冰狀態(tài)不掌握，基本是靠經(jīng)驗；另一方面，列車落冰的規(guī)律性掌握也不足。限早了，影響運輸效率。限晚了，砸壞設(shè)備。

事實上，列車落冰還真不一定是管內(nèi)雪天。一是，鄰局下雪造成列車積冰，也會造成本區(qū)段落冰，從寒冷區(qū)段向相對溫暖區(qū)段過渡時尤為明顯。比如，西安局管內(nèi)下雪，列車積冰進入蘭州局管內(nèi)后落冰，電務(wù)部門是說不清楚的。二是，同是下雪天，不同車型落冰也不一樣，比如，CRH2C型動車因車體在車廂連接部位未裝防護板，無防護板部位易積冰。蘭州局集團公司電務(wù)部門曾協(xié)調(diào)車輛部門，對動車組車底涂蠟、涂油以期減少列車積冰，但效果不明顯。三是，列車落冰還與氣溫、環(huán)境有關(guān)。比如，剛?cè)攵虺醮?，冰雪天列車落冰就明顯些。再比如，寶蘭客專上行線洪亮營隧道口，就特別容易落冰砸壞設(shè)備，分析原因，是隧道內(nèi)較為溫暖，動車積冰在隧道內(nèi)消融松動，導致出洞時墜落。

其實在固定站設(shè)置除冰站是解決此問題的最根本的方法，不能設(shè)置時在區(qū)段站或關(guān)鍵地點設(shè)計視頻監(jiān)測裝置監(jiān)測車體積冰，及時發(fā)現(xiàn)列車積冰，對運營部門及時采取應(yīng)對措施是經(jīng)濟的手段，應(yīng)在設(shè)計中加以研究。

3 結(jié)束語

1）為應(yīng)答器增加防護裝置能改善應(yīng)答器的工作環(huán)境，有效降低列車落冰對應(yīng)答器的擊打概率，建議北方地區(qū)將高鐵應(yīng)答器增加防護裝置納入信號設(shè)計標準，考慮性價比，有源與無源應(yīng)答器均設(shè)計防護裝置。

2）有源應(yīng)答器的安裝，建議不區(qū)分250 km/h還是350 km/h，一律改為縱向安裝，以減少列車積冰脫落對應(yīng)答器的損傷概率。

3）區(qū)間軌道電路補償電容用加裝PE保護管進行防護的措施，效果不明顯，為側(cè)裝式補償電容預(yù)留孔道可從根本上解決列車落冰對其傷害。這要求設(shè)計部門進行研究，施工圖設(shè)計時工務(wù)專業(yè)與電務(wù)專業(yè)充分結(jié)合。是工務(wù)專業(yè)為補償電容預(yù)留孔道，還是工務(wù)專業(yè)預(yù)留標準孔道由信號專業(yè)“削足適履”，需要設(shè)計部門進一步研究、嘗試。

4）冰雪天氣下合理的降速運行能減少列車落冰對信號設(shè)備的傷害，運輸部門應(yīng)給予理解。同時，在區(qū)段站設(shè)計監(jiān)控裝置監(jiān)測車體積冰，及時發(fā)現(xiàn)列車積冰對運營部門及時采取應(yīng)對措施是經(jīng)濟的手段，應(yīng)在設(shè)計中加以研究。